固定化有效菌群处理纤维板废水研究

固定化有效菌群处理纤维板废水研究陈汉榕1，张素琴1，熊远卿2（1.中国科学院武汉病毒研究所，湖北武汉430071；2.中国航空工业总公司武汉仪表厂，湖北武汉430074）摘要：研究了以专项有效菌群的固定化技术形成的厌氧—好氧生物膜反应器用于处理难降解纤维板生产废水的效果。该系统稳定运行三个月的结果表明，在16～28℃范围内，厌氧有机负荷为5kgCOD/(m3·d)左右，好氧有机负荷为2kgCOD/(m3·d)左右，总HRT＝19h，COD去除率可以维持在85%以上。关键词：难降解有机废水；固定化菌种；厌氧—好氧处理应用有针对性的有效菌群,采用微生物固定化技术对有效菌群进行固定,能够可选择性地提高泥龄,保持有效菌种的活性,大大提高高浓度难降解有机废水的处理效率，降低处理费用。微生物固定化技术是在固定化酶技术的基础上发展起来的新技术,其中的载体结合法在经济可行性、可操作性和工程应用方面都相对具有较大的优势。纤维板生产废水的主要污染物为悬浮物、木质素、纤维素及一些生产添加剂如石蜡等，其BOD/COD　比值在0.2～0.3，属于难生化的废水，应用一般的生物技术难以处理达标。本文介绍应用厌氧—好氧的生物处理组合工艺，筛选、驯化、培养有效菌群，采用载体结合法对有效菌群进行固定，模拟实际工程状态进行动态试验，为工程设计及调试提供了参数。1试验装置与方法1.1纤维板废水水质纤维板厂混合排水的主要参数为：CODCr为2500mg/L左右,BOD5为650mg/L左右，pH为6～7，SS＞500mg/L。试验用水为某纤维板厂生产废水浓液调配而成,其浓废水的COD浓度高达20000～30000mg/L。1.2试验装置厌氧反应器为厌氧复合床生物膜反应器,钢结构，直径为30cm,总高为70cm(有效高度65cm)，总容积为49.5L(有效容积为45.9L)。填料占容积的30%，其中固定弹性填料占20%，粉状炭填料占10%。反应器下部为布水区，中部为填料生物膜区，上部为澄清分离出水区。好氧反应器采用好氧复合床生物反应器，钢结构，直径为30cm,总高为70cm(有效高度48cm),总容积为49.5L(有效容积为28L)。填料占容积的40%，其中悬浮填料占30%，柱状炭填料占10%。反应器下部为布水、布气区，中部为填料生物膜区，上部为澄清分离出水区。原水调配箱为10L。气源为无油空气压缩机。1.3试验流程试验流程如图1所示。，去除大部分悬浮物后取上清液配制成原水，泵入高位水箱，经计量从厌氧反应器底部均匀布水向上流，出水重力流入好氧反应器。厌氧处理产生的气体从反应器上部溢出，未采取收集措施。好氧反应器采取部分污泥回流，以增加污泥浓度。1.4试验填料试验填料都是经长期试验及工程使用优选出来的。厌氧反应器内的固定填料选用碳钢切削废料，弹性好，价廉易得，比表面积大且表面粗糙，易于特异性硫铁菌等微生物附着生长；悬浮流动填料选用粉状活性炭。好氧反应器内的填料有两种，一是悬浮球型填料，一是柱状活性炭。1.5有效菌群的接种启动厌氧菌、好氧菌均为复合菌群，菌种主要来源于多个纤维板生产企业生产现场采集的活性污泥及本所实验室保藏的木质素、纤维素的降解菌。①厌氧菌群的固定。取厌氧菌种,在厌氧条件下以纤维板废水作为基本培养基,保持温度30℃,进行厌氧菌群的驯化培养,驯化培养期约30d,镜检时采用最大概率法(MPN)计数,达到(106～108)个/mL后,装入厌氧反应器,(28±1)℃挂膜,使菌群自固定化。②好氧菌群的固定。配制含有纤维板生产废水的固体及液体培养基，首先进行固体培养基平皿恒温培养7d，将生长良好的菌落分别转移到液体培养基中，三角瓶恒温摇床培养，3～5d可见菌环附壁生长，培养基呈浑浊状态，肉眼可见絮状胶团；镜检时采用最大概率法(MPN)计数，细菌浓度达到(107～108)个/mL即可按比例转移到好氧反应器中,在填料上吸附、固定,挂膜生长。③启动试验。配制好的原水，调节固定流量，厌氧段HRT=12h,好氧段HRT=7h,启动风机并定好风量，每天定时检测温度、pH、COD等参数，观测厌氧填料及好氧表面生物膜生长情况，一般7d左右肉眼可见填料表面附着生长一层黑褐色的生物膜，在显微镜下可见活性炭的表面及孔隙里同样生长着大量微生物，同时COD的去除率指标也逐步升高。经过约30d的调整运行，最后COD的总去除率可稳定在85%以上，此时菌种的筛选、培养、驯化及接种启动等工作已成功。1.6试验过程在第一阶段，使进水COD浓度从低逐步升高，升至2500mg/L左右稳定不变，即反应器的有机负荷基本稳定，COD等污染指数去除率也基本稳定在85%以上。2结果及分析整个试验运行时间从1998年9月—12月，试验结果见表1。表1系统试验运行数据原水负荷指标出水日期流量（L/h）CODcr(mg/L)总HRT（h）厌氧有机负荷[kgCOD/(m3.d）好氧有机负荷[kgCOD/(m3.d）温度（℃）厌氧CODcr（mg/L）好氧CODcr(mg/L)总去除率（%）10月9日3.802048.319.44.071.6828.0512.1219.289.310月22日3.822437.719.34.872.0326.5619.7337.586.711月12日3.842502.119.35.022.6027.0789.2342.886.311月20日3.802532.719.45.032.4824.5762.3326.787.612月2日3.802273.019.44.521.8219.5559.2268.288.2本次试验采取的是高负荷启动，即不受去除率高低限制定期地提高负荷，这种方法启动时间较短，但易于失败，因此试验采用了预培菌的办法。首先将木质素降解菌、纤维素降解菌及其他的低糖、低酸降解菌分别筛选培养出来，然后混合培养，制成微生态菌剂，即固定化的混合有效菌群，形成专项优势菌群，减少拮抗作用，发挥叠加效应，进行预挂膜。试验结果表明，预培菌挂膜对反应器的启动起到了很好的作用。载体表面性能是影响生物膜形成的重要因素，粗糙的表面比光滑的表面更有利于挂膜，多孔的填料比实体的填料更易于吸附微生物生长，且更易于抗击外部气流、水流的冲击作用，因此试验所选取的几种填料具有很好的挂膜效果。在处理系统中，厌氧反应器内弹性填料表面形成固定床生物膜，粉状生物炭在反应器内形成悬浮颗粒污泥；在好氧反应器中球形填料和柱状生物炭填料都悬浮在反应器的中上部，在气流及水流的作用下填料处于流化状态，形成浮动生物膜，使废水和生物膜充分接触，从而达到稳定的处理效果，同时避免了生物滤器堵塞及污泥流失。在反应器中微生物主要以两种形态存在，一是附着在填料表面及孔隙内的生物膜，二是在反应器的底部形成颗粒污泥。生物膜的厚度在0.2mm左右,颗粒污泥的粒径在0.2～0.3mm，污泥浓度为30.8g/L。通过光学显微镜对生物膜及颗粒污泥进行观察，发现生物相较为丰富，以球菌、杆菌、螺旋菌为主。本试验COD去除率稳定在85%以上，由于在实际纤维板废水处理工程中还结合应用了物化法，即投加聚合氯化铝进行混凝沉淀、过滤，该级COD去除率在40%以上，使COD总去除率＞94%，BOD去除率＞90%，SS去除率＞85%，处理后排放水的COD＜150mg/L，BOD＜60mg/L，SS＜70mg/L，达到或超过国家《综合污水排放标准GB8978—1996》二级标准，故没有设计更大的负荷。3工程应用某纤维板厂废水处理工程已设计实施运行，其处理工艺流程如图2。废水经格栅去除固形物后进预沉池，大颗粒的悬浮物、砂粒在此沉淀，流入调节池均质均量，再泵入厌氧池，厌氧生化处理出水重力流进好氧池，进一步降解污染物，出水投加絮凝剂经混凝沉淀后过滤，出水可达标排放。厌氧出水部分回流经培菌池强化培养厌氧菌后再返回厌氧池；好氧池出水按50%回流比进行间歇回流；各池剩余污泥进入污泥处理系统处理；污泥处理滤液返回调节池再处理。高效混合菌种经扩大培养固定以后再投加到处理系统中，在反应器中进一步驯化，然后投入处理运行。经当地环境监测站取样监测，其指标均达到或超过国家二级排放标准，结果见表2。表2纤维板废水处理工程监测数据(mg/L)色度（倍）硫化物（mg/L)酚（mg/L)氰化物（mg/L)结果8.76109.0010.00.80.050.0014结论先筛选、分离有效菌种进行预培养，然后组合成优势菌群混合培养到一定浓度，将其固定化后投加到反应器中，是缩短反应器启动时间、提高启动成功率的一种有效方法，在具体的废水处理工程应用中可以采取类似方法，利用微生物发酵工程技术进行优势菌群的挂膜启动。在反应器中同时存在微生物固定床和浮动床，形成复合床反应器，提高了处理的稳定性和处理效率。在反应器内微生物浓度较高，活性强，针对不同的污染物有相应的优势菌群，减少拮抗作用，形成叠加效应。厌氧—好氧生物膜反应器抗冲击负荷能力强，反应速度快，产物容易分离，无污泥堵塞及活性污泥流失。同时结合物化法进行工程设计，增加污泥回流系统，综合处理后出水稳定达标。参考文献：［1］申立贤.高浓度有机废水厌氧处理技术［M］.北京：中国环境科学出版社，1992.［2］俞汉青，顾国维.生物挂膜方法的试验研究［J］.中国给水排水，1992，8(3).［3］马文漪，杨柳燕.环境微生物工程［M］.南京：南京大学出版社，1998.［4］余诠申.生物接触氧化处理废水技术［M］.北京：中国环境科学出版社，1992.［5］李清雪，郭静.厌氧浮动床生物膜反应器启动试验［J］.中国给水排水，1998，5.［6］黄霞，等.固定化细胞技术在废水处理中的应用［J］.环境科学，14(1).［7］吴晓磊，等.好氧及厌氧固定化微生物处理能力的比较研究［J］.环境科学，15(4).]中国城镇水网